Протолитична теория на киселините и бази на Бронстед-Лоури

Протолитичната теория на киселините и основите е на ръба на две науки - физика и химия. С негова помощ са описани свойствата и естеството на всички основи и киселини. Учените са разделени на два класа вещества, които взаимодействат помежду си.

Проблемът на теорията

Протолитичната теория на киселините и основите помага за решаването на един важен проблем: да се предскаже кои продукти се образуват в резултат на тяхното взаимодействие и как тази реакция ще продължи. За да направите това, експертите прилагат количествени и качествени характеристики на киселината и основата.

В този случай има няколко теории, които различно тълкуват какви са киселините и основите. По различни начини те оценяват другите си характеристики. В крайна сметка, това зависи от резултата от реакцията.

Концептуални химически системи

Протолитичната теория на киселините и основите е изключително популярна, когато човек трябва да разбере как те взаимодействат в природата. Той се използва широко в индустриалната практика и научната област. Теоретичните знания за последствията от взаимодействието на бази и киселини определят формирането на концептуални системи на химията, засягат всички видове теоретични понятия в практически всички химически дисциплини.

Еволюция на знанията за взаимодействието на киселини и основи

Протолитичната теория на киселините и основите е една от фундаменталните в химията. Основните концепции за първи път са формулирани от учени през 17 век. В същото време съдържанието им се променя многократно и се преработва.

Английски химик от 17-ти век Робърт Бойл че киселините са тела, чиито атоми имат остри изпъкналости, а основите са техните пори. Ето защо, по негово мнение, целият реакция на неутрализация се свежда до факта, че проникващите киселини проникват в порите на основите.

За първи път теорията за киселините и основите беше предложена от френския фармацевт Никола Лемери. През 1675 г. той публикува "Химия курс", в който той подробно химични и физични свойства на вещества, въз основа на тяхната форма и структура. Лемири си представяше, че киселините имат остри шипове, поради което се появява дискомфорт върху кожата. Той кръстеше основите с алкали, което предполага, че тяхната структура е пореста. В резултат на това се образуват неутрални соли.

Още в XVIII век друг френски натуралист Антаун Лавоазиерим свързва свойствата на киселините с присъствието в техния състав на кислородни атоми. Тази хипотеза се демонстрира от провала, когато английският химик Хъмфри Дейви и неговият френски колега Йозеф Луис Гей Лусак идентифицираха няколко киселини, които изобщо не съдържат кислород. Сред тях е халогениран водород или цианови киселини. Същевременно се откриват голям брой кислородсъдържащи съединения, които не притежават свойствата на киселините.

Съвременни представителства

Концепцията за протолитичната теория на киселините и основите се промени значително през 19 век. Химиците започнали да считат за киселини само тези вещества, които са способни да взаимодействат с металите и да отделят водород. На такива заключения германският учен Justus von Liebig дошъл през 1839 г. Той е този, който се смята за един от основателите на агрохимията и органичната химия.

Успоредно с шведски минералог Jens Jakob Берцелиус формулирани идеята, че трябва да бъдат лекувани с киселини до отрицателни неметални оксиди, докато оксид с положителен заряд има бази. Това помогна да се обяснят основните свойства на киселините и основите. Ето защо киселинността и основнистта на шведите се считат за функционално свойство на съединенията. Той беше този, който за пръв път в света направи опит да предскаже крайната сила на веществата, които обмисляме.

Основните разпоредби на протолитичната теория на киселините и основите са формулирани след публикуването на произведението на друг шведски химик Сванте Август Аррнией. През 1887 г. той обобщава теорията за дисоциацията на електроенергията. След това имаше реална възможност да се опишат свойствата на киселините и основите въз основа на продуктите от йонизацията на електролити. А благодарение на приноса на руско-германския химик Вилхелм Фридрих Оствалд теорията е формулирана за слаби електролити.

През ХХ век американските учени Кади, Франклин и Краус оправдават теорията за солвиосистемите. Той започна да се прилага както към разпоредбите на Arrunius и Ostwald, така и към всички други разтворители, които биха могли да се самоасогатят.

Днес, протолитичната теория на киселините е формулирана най-пълно от Дане Йоханес Николаус Борнсдет и американския Гилбърт Нютън Луис, който също се занимава с ядрена физика и термодинамика.

Теорията на Либиг

Според теорията за водорода на Liebig киселината е вещество, способно да реагира с метали, което води до образуване на водород. В този случай понятието "фондация" Либиг изобщо не е въвело.

В резултат на реакцията се образува водород и сол. Когато реагира със силни киселини, реакцията се проявява чрез метали. Днес теорията се използва само за прогнозиране на взаимодействието на вещества, съдържащи водород с метали в разтворители.

Теорията на Arrhenius-Ostwald

Разбирайки какво представлява протолитичната теория на киселините и основите на Arrhenius-Ostwald, ние отбелязваме, че всички вещества, които образуват водородни катиони във воден разтвор, се смятат за киселини в него. В този случай, като основи се считат само веществата, с които се получава метален или амониев катион във воден разтвор.

В резултат на реакцията се образуват вода и сол. Наблюдава се зависимост, когато силни киселини взаимодействат със силни основи. Въз основа на тази теория е възможно да се оправдае разделянето на електролитите, а също и определянето на индекса на водород, който беше разширен до алкална среда. Използва се и при хидролиза на соли и основи, съдържащи соли. По-рядко обаче. Въпросът е, че това изисква тромави изчисления. Докато протонната теория е много по-проста.

Теорията на Бронстед-Лоури

Протолитната теория за киселините и основите на Бронстед - Лоури се появява за пръв път през 1923 година. Бронстед и Лоури го формулират независимо един от друг. Учените са обединили концепциите за киселини и основи в едно цяло.

Според техните идеи, киселините са молекули или йони, които изпълняват ролята на донорите на протони в реакцията. В същото време основите са само тези молекули или йони, които са способни да прикрепят протони. В тази теория киселини и основи са определени протолити. Каква е същността?

Протолитичната теория на киселините и основите в химията намалява до трансфера на протон от киселината към основата. И в този момент киселината, която е загубила протона, се превръща в основа. И тя вече може да добави нов протон към себе си. Базата в този момент става киселинна, образувайки протонирана частица.

Ето защо при всяко взаимодействие на веществата, които обмисляме, се включват две двойки бази и киселини. Бронстед ги нарича съчетани. Това са основните разпоредби, които ни позволяват да формулираме протолитична теория за киселините и основите. Протолитичните реакции в този случай протичат по два начина, защото всяко вещество, в зависимост от условията, може да бъде както киселина, така и основа.

По-късно Бронстед развива теорията за алкална алкална катализа и Lowry работи върху оптичната активност на органичните съединения.

Теория на solvosystems

Теорията на solvosystems се появява в развитието на идеите, изтъкнати от Arrhenius и Ostwald. Най-често се използва при реакции с протонни разтворители. На нея бяха предложени трима американци - Кади, Франклин и Краус.

Според тази хипотеза основата е йонният разтворител. Той има способността да се дезинтегрира в отделни йони в отсъствието на разтворител. В този случай катионът и анионът. Първият е литиевият йон, а вторият е литиевият йон. Протонният разтворител, използван в реакцията, е способен да прехвърли протон от всяка неутрална течна молекула към друга. В резултат се образува еднакво количество аниони и катиони.

Продуктът от тази реакция е разтворител и сол.

Тази теория се използва за прогнозиране на реакциите между киселини и основи във всеки разтворител. Възможно е също така да се контролират тези процеси с разтворител. Теорията описва подробно свойствата на веществата, които не съдържат кислород и водород.

Теорията на Луис

Теорията на Луис е формулирана през 1923 година. Тя се основаваше на електронните представяния, налични по това време в науката. С тяхна помощ беше възможно максимално да се разшири дефиницията на основата и киселината.

В химията съществува концепцията за "Люисова киселина". Това е йон или молекула, която има свободни електронни орбитали, към които могат да получат електронни двойки. Яркият пример са протоните - водородни йони, както и йоните от някои метали, някои соли и вещества.

Ако в киселината на Люис няма водород, то се нарича апротично.

Теория на Усанович

Най-общата теория за киселините и основите през 1939 г. е формулирана от съветския химик Михаил Усанович.

Тя се основава на идеята, че всяко взаимодействие между киселината и основата ще доведе до реакция на солта. По този начин киселината се дефинира като частица, която отделя катиони от себе си, включително протони, а също така добавя и аниони и най-напред електроните към себе си.

Същевременно основата е частица, която има способността да прикрепи към себе си протон или друг катион. Но тя може да даде и електронен или анион. Основната разлика от теорията на Луис е, че основата на определенията за "основа" и "киселина" не е структурата на електронната им черупка, а знакът на заряда на техните частици.

Но в теорията на Усанович има недостатъци. Основните от тях - голям брой обобщения и размита формулировка на основните понятия. В допълнение, тази теория не ни позволява да даваме количествени прогнози за последствията от взаимодействието на киселини и основи.